NOTRE MISSION

Hydrogène et transfert de chaleur, inextricablement liés

Nous sommes convaincus, comme vous probablement, que l’hydrogène vert apportera une contribution majeure à la transition énergétique. Les développements dans le domaine de l’hydrogène sont fulgurants, le nombre d’installations et d’électrolyseurs augmentant rapidement dans le monde entier. Mais les processus ne sont pas encore totalement cristallisés. Et c’est compréhensible ! Partout dans le monde, on cherche la configuration optimale pour produire de l’hydrogène de la manière la plus durable et la plus efficace possible. Dans le domaine du transfert de chaleur, Kapp connaît la voie à suivre et nous disposons d’un échangeur de chaleur adapté à chaque étape de la production d’hydrogène. Cela nous donne un avantage réel, qui profite à nos clients. Mais la connaissance et l’expérience d’autres experts de l’industrie de l’hydrogène sont essentielles pour nous. Notre approche sur ce marché est donc : “Ici pour enseigner, ici pour apprendre “. Cette philosophie découle de la prise de conscience que le temps est compté et que nous pouvons accélérer les développements ensemble en collaboration avec d’autres experts du secteur.

NOTRE ENGAGEMENT

Des coûts d’investissement et d’exploitation réduits

L’appel aux énergies renouvelables implique de grands défis. L’hydrogène vert est un beau développement, mais de nombreux processus doivent être optimisés. La bonne technique est la plus durable et la plus efficace possible. Dans le domaine du transfert de chaleur, nous avons les réponses. Et nous promettons de réduire les coûts d’investissement et d’exploitation.

Des solutions compactes, sûres et efficaces

Chaque étape de la production d’hydrogène comporte des risques et des défis. Kapp connaît les ficelles du métier. Le bon échangeur de chaleur est suffisamment compact pour laisser de la place à d’autres composants, il est résistant, calculé en fonction des fluides, des températures et des pressions afin de garantir la sécurité, et si efficace qu’un minimum d’énergie précieuse est perdue.

La meilleure solution garantie

Nous étudions le processus de l’hydrogène depuis très longtemps, tout simplement parce que nous pensons que l’hydrogène a un énorme potentiel pour devenir l’énergie durable de l’avenir, en particulier pour l’industrie. Par conséquent, nous savons aujourd’hui exactement comment améliorer fondamentalement les processus et les projets de nos clients. Dès la phase de l’offre, nous consacrons beaucoup de temps à l’analyse de vos paramètres, du processus et de l’installation. Vous avez ainsi la garantie que la solution que nous vous proposons est toujours la meilleure.

Respect des exigences les plus strictes

Kapp répond aux exigences les plus strictes depuis plus de 25 ans et connaît les facteurs critiques de l’industrie. Tous nos produits répondent aux exigences de qualité et aux normes applicables à l’industrie, notamment PED, ASME VIII, EN13445, AD2000, API660, API661, API662, TEMA, ISO 9001 et ISO 14001.

NOS SOLUTIONS

Nous pouvons améliorer votre processus de production d’hydrogène

La production d’hydrogène vert nécessite une électricité générée de manière durable. C’est dans cette optique que nous nous attaquons aux défis du processus de production d’hydrogène. Les échangeurs de chaleur sont utilisés à chaque étape du processus de production d’hydrogène. Nous connaissons bien les processus, les défis associés et les solutions. Pour chaque étape, nous disposons d’un échangeur de chaleur adapté. Et dans les sous-processus de compression et de purification, nous avons tout simplement un avantage unique avec un échangeur de chaleur très compact. Nous serions ravis de vous informer plus à ce sujet.

Étape

Électrolyse

LE PROCESSUS

L’électrolyse consiste à plonger deux électrodes dans l’eau et à les relier à une source de courant continu. À l’anode, la séparation de l’eau produit de l’oxygène et à la cathode, de l’hydrogène. Il est important pour l’efficacité du processus que la température soit maintenue au même niveau. Après l’électrolyse, l’hydrogène et l’oxygène formés sont refroidis et l’électrolyte est recondensé. La chaleur résiduelle de ces processus peut être utilisée ailleurs.

LE DÉFI

Pour que l’hydrogène vert devienne une alternative intéressante, l’efficacité des processus devra augmenter considérablement dans les années à venir. Nous voyons également un défi dans le démarrage presque quotidien des processus, aux moments où l’électricité générée de manière durable est disponible. Il reste alors souvent de la chaleur résiduelle, que Kapp souhaite toujours utiliser efficacement, par exemple pour le chauffage urbain ou dans d’autres processus. Enfin, les flux d’hydrogène et d’oxygène présentent tous les deux des risques, et la sécurité est donc une question importante.

LA SOLUTION

Pour le refroidissement de l’électrolyte, un échangeur de chaleur à plaques et à cadres avec des plaques en acier inoxydable (PEM) ou en nickel (alcalin) convient parfaitement. Nous observons également des développements dans lesquels les électrolyseurs fonctionnent à des pressions plus élevées, comme dans le refroidissement de KOH lors d’un processus d’électrolyse alcaline, avec des pressions allant de 30 à 50 barg. Dans ce cas, un échangeur de chaleur à plaques et enveloppes avec des plaques en nickel est le choix optimal. Nos ingénieurs, grâce à leur expérience approfondie dans des projets similaires, sont compétents pour trouver le bon équilibre entre les investissements en capital (CAPEX) et les coûts d’exploitation (OPEX). N’hésitez pas à demander des références pour vérifier notre expertise. Des réchauffeurs électriques peuvent être utilisés pendant le démarrage et le chauffage du fluide et servir de protection contre le gel pendant les arrêts. Pour le refroidissement des flux d’hydrogène et d’oxygène et la recondensation et la récupération de la chaleur de l’électrolyte, des échangeurs à plaques semi-soudées ou des échangeurs de chaleur entièrement soudés sont utilisés.

Refroidissement

LE PROCESSUS

Lors de la production d’hydrogène vert, entre 30 et 50 % de l’énergie électrique est convertie en chaleur. Une grande partie de cette chaleur provient de l’électrolyseur lui-même, mais de la chaleur est également libérée lors de la compression, la désoxydation et le séchage. Vu les ambitions durables du secteur de l’hydrogène, il est indispensable de réutiliser cette chaleur.

LE DÉFI

Parfois, la chaleur résiduelle peut être réutilisée ailleurs dans le processus de production d’hydrogène ; elle peut également être utilisée pour le chauffage urbain, par exemple. Mais pendant les mois les plus chauds, la demande de chaleur est généralement plus faible et la chaleur de faible qualité doit encore être refroidie. Lors du choix de l’échangeur de chaleur, il faut tenir compte des contraintes locales telles que l’espace, les niveaux de bruit autorisés, ainsi que la disponibilité et la qualité de l’eau de refroidissement.

De nombreux sites de production d’hydrogène en mer sont prévus sur des plateformes de production nouvelles ou existantes et utilisent l’infrastructure existante (pipelines), alimentée par de l’électricité générée de manière durable par des parcs éoliens en mer. Le refroidissement est particulièrement difficile dans ce cas, car le poids et les dimensions autorisés des composants sont très limités.

LA SOLUTION

Selon la philosophie de Kapp (et selon le Trias Energetica), la chaleur perdue devrait être réutilisée. Nous avons une grande expérience dans des projets de récupération de la chaleur et avons donc toujours un échangeur de chaleur approprié dans notre gamme. Si la demande de chaleur est faible, la chaleur superflue peut toujours être refroidie, même si nous trouvons que c’est du gaspillage. Le refroidissement peut se faire avec de l’air, de l’eau ou une solution hybride. Pour les installations en mer, les échangeurs de chaleur à plaques (en titane) ou les refroidisseurs d’air en mer spéciaux conviennent parfaitement, notamment en raison de leur compacité.

Compression

LE PROCESSUS

Pour que l’hydrogène puisse être stocké et transporté, il faut le comprimer, en le faisant passer d’environ 2 bars (alcalin) ou 20-40 bars (PEM) à 30-100 bars. Cette étape est souvent combinée à la désoxydation et à la purification de l’hydrogène. Après la compression, la condensation a lieu, au cours de laquelle une grande quantité d’eau est déjà extraite de l’hydrogène. L’ensemble du processus dégage à nouveau beaucoup de chaleur, que nous ne voulons pas perdre.

LE DÉFI

L’hydrogène est la plus petite molécule. Les fuites constituent donc un risque majeur pour l’hydrogène concentré. Les conséquences d’une fuite peuvent être désastreuses car l’hydrogène est extrêmement inflammable. Un autre défi est la densité extrêmement faible de l’hydrogène, qui lui confère un volume énorme à basse pression. En raison de l’électrolyse et de la désoxydation, l’hydrogène contient beaucoup d’eau, qui est condensée après la compression. Ce processus représente une grande partie de la charge thermique.

Dans ces processus, vous êtes confronté à un démarrage presque quotidien. Cela implique de grandes variations de température, une approche réduite (en particulier lors de la récupération de la chaleur) et, dans le cas de la condensation, des puissances élevées, ce qui nécessite une grande surface d’échange de chaleur.

LA SOLUTION

Les échangeurs de chaleur à plaques entièrement soudées sont bien adaptés à la compression d’hydrogène car ils combinent la compacité d’un échangeur de chaleur à plaques avec la résistance d’un échangeur de chaleur à tubes. Notre échangeur de chaleur entièrement soudé et sans joint est également adapté au démarrage quotidien. Pour les applications en mer, où le refroidissement est généralement effectué avec de l’eau de mer, nous fournissons des échangeurs de chaleur à plaques en titane.

Purification

LE PROCESSUS

Une fois que l’hydrogène sort de l’électrolyseur, il doit être adapté aux cellules à combustible, par exemple. L’hydrogène est purifié à environ 99,99 % en séparant l’eau et l’oxygène. La première étape se déroule dans le désoxydant : celui-ci contient un catalyseur qui transforme en eau le peu d’oxygène qui accompagne l’hydrogène. Après le désoxydant, l’hydrogène est séché à l’aide d’un système PSA (absorption à pression modulée) ou TSA (absorption à température modulée).

LE DÉFI

Au démarrage du processus de purification, il n’y a pas de chaleur résiduelle disponible, de sorte qu’un apport de chaleur est nécessaire pour préchauffer le désoxydant. Dans l’étape suivante, le processus de séchage, nous refroidissons, condensons et régénérons. L’hydrogène comprimé a une pression élevée et présente donc les mêmes risques qu’à l’étape de la compression.

LA SOLUTION

Pour le préchauffage et le démarrage du désoxydant, un réchauffeur électrique offre une solution, et c’est également la technique idéale pour régénérer l’hydrogène. Comme les pressions sont encore très élevées en raison de la compression, un échangeur de chaleur à plaques entièrement soudées reste indispensable pour cette étape.

Compression finale

LE PROCESSUS

Pour le transport, le stockage et le remplissage des réservoirs, l’hydrogène est encore plus comprimé. Ce faisant, nous sommes confrontés à des pressions extrêmement élevées, dans certains cas > 700 bars. Lorsque les réservoirs doivent être remplis, cela se fait à basse température et un refroidissement supplémentaire est nécessaire. Ensuite, l’hydrogène peut être utilisé dans l’industrie, les services publics, les habitations et les transports, entre autres.

LE DÉFI

L’hydrogène pèse peu et est un gaz très inflammable. Les pressions dans cette étape sont extrêmement élevées, et le risque augmente donc de manière exponentielle. La sécurité est primordiale à tout moment. Comme pour tout autre gaz, il est important de le manipuler avec précaution lors de la production, du transport et de l’utilisation. Si l’hydrogène est utilisé dans des gazoducs existants, il est important d’étudier de plus près le « comportement » de l’hydrogène dans la pratique. En effet, l’hydrogène est plus léger que le gaz naturel et peut s’échapper plus facilement au niveau des vannes et des soupapes. Lors du remplissage des réservoirs, le nombre de cycles est également très élevé. Si le matériau choisi n’est pas le bon, une fatigue du matériau peut se produire, avec tous les risques que cela comporte. Les composants de l’ensemble de l’installation doivent donc résister à des températures et à des pressions qui varient régulièrement.

LA SOLUTION

Pour les applications jusqu’à environ 100 bars (en fonction des températures), un échangeur de chaleur à plaques et à coques convient très bien, mais lorsque les pressions sont encore plus élevées, cette technique n’est plus adéquate. Pour ces pressions extrêmement élevées, nous avons dans notre gamme un échangeur de chaleur à circuit imprimé. Ce type d’échangeur de chaleur est extrêmement résistant grâce à la combinaison de deux technologies : la gravure chimique et la soudure par diffusion. Les canaux de flux sont gravés chimiquement sur une plaque métallique. Les plaques gravées sont empilées et formées en un seul bloc par soudage par diffusion.

NOTRE UNICITÉ

La meilleure solution pour le processus de production d’hydrogène

L’hydrogène est la plus petite molécule. Lors de la production d’hydrogène, cela comporte des risques. Dans certains processus de production d’hydrogène, les pressions sont élevées et les fuites peuvent être désastreuses ; les flux d’hydrogène et d’oxygène présentent un risque d’explosion. Dans des processus aussi critiques, disposer du bon équipement est vital. Pour les processus de production d’hydrogène, les grands échangeurs de chaleur à tubes traditionnels sont encore souvent envisagés en raison de leur solidité. Parfois, c’est la bonne solution, mais plus souvent, d’autres techniques sont mieux adaptées. Et il existe de nombreux exemples où notre échangeur de chaleur à plaques entièrement soudées est pratiquement la seule solution appropriée. Dans certains cas, nos solutions pèsent 70 % de moins, coûtent 50 % de moins, récupèrent plus de chaleur et sont au moins aussi solides que l’échangeur de chaleur à tubes traditionnel. Pour un certain nombre de processus de production d’hydrogène, un échangeur de chaleur à plaques et à coques est la technique parfaite, et dans certains cas la seule appropriée. Un échangeur de chaleur à plaques et à coques est :

très compact, donc plus petit, ce qui implique moins de travaux de génie civil, d’isolation, de tuyauterie, etc. ;
adapté aux pressions élevées ;
entièrement soudé, et donc sûr pour l’application de l’hydrogène et garanti sans fuite ;
plus rentable grâce à des coûts d’investissement et d’exploitation réduits.

CONTACT

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Jeroen van Ruitenbeek

Responsable New Energies

jeroen@kapp.nl +31 78 611 7355